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什么是光(波)?

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上个贴子给出了光量子模型,单个光量子具有动量P和能量E,光量子能量分布集中在“电磁偶极子”区域,具有类粒子性,能合理解释“光电效应”。
接下来我们要由光量子模型,构建一个光(波)模型,即:一个理想的光(波)是由无限多个光量子,在同一条直线上,有规律的交替排列(纠缠),见光波示意图,它们协同沿着同一方向,并以光速运动,光量子之间的分布距离为x。显然这个光波模型的电磁场,在空间上具有周期性分布。
我们研究光的反射、折射、干涉、衍射等,观测到的都是光波与介质相互作用后的表现,当这样一列光波(具有周期性空间分布的电磁场)穿过介质时,必然导致介质产生受迫震荡,介质表现出连续的电磁场行为,正是基于这些观察,让“确信”光是波,甚至怀疑其粒子性。
根据由光量子组成的理想光波模型,光波的电磁场确实表现出周期性,我们把这个电磁场的频率用v表示,那么就必然有:
c = 2xv
其中,c是光速,v是光波频率,x是相邻两个光量子之间的距离(2x对应光波的波长)。
对于一个能量E确定了的光量子来说,两个相邻光量子之间的距离x是一个平衡点,继续靠近两个光量子之间的排斥力会陡增,同时,静电、磁引力又会保证它们不会远离。即:真空中,对于能量为E的光量子,相邻光量子之间存在最小距离x约束:
x = hc/(2E)
其中,h是普朗克常数,c是光速,E是光量子能量。意味着x是个基本常量(只与介质有关,不同的介质x的值不同)。
前面我们说过,光波的电磁场具有周期性,并且满足:c= 2xv,因此,再由x = hc/(2E),推导出单个光量子的能量可以表述为:
E = hc/(2x) = hv
其中,E为光子能量,h为普朗克常数,v为光波频率。这也是光的量子理论中光子能量的公式。
讨论:基于以前的光量子理论,一个光量子的能量可以表述为:E = hv 其中h是普朗克常数,v是频率。对于单个光量子来说,频率v的理解很难,甚至有人的认为,即便是单个光子,其能量也广泛分布于整个空间,晦涩到需要搬出上帝。
但是,如果我们建立了光量子模型、和光波模型后,再去理解 E = hv 就显得比较自然,它实际只是借助光波频率v来表述罢了,更本质的表述是:E = hc/(2x),x是两个光子之间的平衡距离。



IP属地:江苏来自Android客户端1楼2024-07-19 15:08回复